WO2013069618A1 - 流量制御弁 - Google Patents

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rotating
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真慶 坂口
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株式会社ミクニ
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D9/00—Controlling engines by throttling air or fuel-and-air induction conduits or exhaust conduits
    • F02D9/08—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits
    • F02D9/12—Throttle valves specially adapted therefor; Arrangements of such valves in conduits having slidably-mounted valve members; having valve members movable longitudinally of conduit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/34—Cutting-off parts, e.g. valve members, seats
    • F16K1/36—Valve members
    • F16K1/38—Valve members of conical shape
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K1/00—Lift valves or globe valves, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces
    • F16K1/32—Details
    • F16K1/50—Preventing rotation of valve members

Definitions

  • the present invention relates to a flow rate control valve including a motor and a valve that operates by rotation of the motor to control the flow rate of fluid.
  • an ISCV another throttle that is electronically controlled is located next to the throttle valve.
  • Idle speed control valve is provided to control the idle up when the air conditioner is activated or to control the idling to be stable. That is, the ISCV controls, for example, the amount of intake air to the engine when the automobile is idling with the throttle being throttled, so that the engine reaches the target rotational speed during idling.
  • the ISCV includes, for example, a stepping motor as an actuator that operates a valve, a shaft that rotates the stepping motor, and a valve body that has a screw mechanism between the shaft and moves in the axial direction of the shaft.
  • a stepping motor as an actuator that operates a valve
  • a shaft that rotates the stepping motor
  • a valve body that has a screw mechanism between the shaft and moves in the axial direction of the shaft.
  • the front end of the shaft is a male screw, and a nut that is fixed to the valve body is screwed into the male screw.
  • the valve body is in the axial direction of the shaft based on normal rotation and reversal of the shaft.
  • ISCV is installed in a vehicle such as an automobile or a motorcycle, for example, environmental conditions such as heat and vibration are severer and durability is required compared to components installed in a fixed device. Therefore, in the ISCV, it is necessary to use a durable bearing that supports the shaft and the rotating body in a rotatable manner.
  • control flow rate is small as described above, it is basically necessary to control the movement of the valve body in a state where the valve body is close to the valve seat. For example, in the case of a flow control valve using a conical valve body, the state in which the valve body is extended toward the valve seat portion of the body of the flow control valve is maintained, thereby reducing the opening area of the valve. It is necessary to reduce the control flow rate.
  • a convex bearing is provided on the rotating body side, for example, an end of a shaft protruding from the rotating body, and the concave bearing member is provided on the body (main body) side. In general, it is supported rotatably.
  • a flow control valve for example, a valve in which a magnet is fixed to a shaft and annular dry bearings (sliding bearings) are disposed on the rear end side and the front portion of the shaft has been proposed (for example, Patent Document 1). reference).
  • the shaft is inserted in the hole of the dry bearing, and these dry bearings do not restrict the axial movement of the shaft.
  • a resin rotating body with a magnet fixed is supported by a ball bearing.
  • the rotating body is placed inside an annular ball bearing, and the rotating body is fixed to the inner ring of the ball bearing.
  • a motor type flow control valve for an internal combustion engine in which a rotating body rotates integrally with an inner ring with respect to an outer ring of a ball bearing has been proposed (for example, see Patent Document 2).
  • a male screw is formed on the outer periphery of the shaft and is screwed into a female screw provided on the rotating body so that the shaft moves in the axial direction integrally with the valve body in response to the rotation of the rotating body. It has become.
  • JP 2008-19957 A Japanese Patent No. 3598219
  • a member such as a spring is used for the flow control valve as described above to prevent rattling
  • a member such as a spring is used to prevent rattling of the valve body and rattling of the rotating body (rotor). 2 must be used.
  • the structure may be complicated when the rotating body rotating by the spring is prevented from rattling. For these reasons, there is a risk that the cost for preventing rattling increases, and the assembly work becomes complicated.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a flow control valve that can simplify the structure of preventing the play of the flow control valve, can maintain a small control flow rate, and can be further downsized. With the goal.
  • the flow control valve of the present invention comprises a rotatable rotating shaft, A rotating body provided around the rotating shaft, and rotated by electromagnetic force integrally with the rotating shaft; A valve that engages with one end of the rotating shaft and opens and closes an opening through which fluid passes by moving along the axial direction of the rotating shaft based on the rotation of the rotating shaft.
  • Body A shaft support member provided on the other end side of the rotating shaft, rotatably supporting the rotating shaft, and restricting movement toward the other end side of the rotating shaft;
  • a bearing member provided between one end and the other end of the rotating shaft, and rotatably supporting the rotating shaft via the rotating body; And a spring for biasing the valve body toward the other end of the rotating shaft along the axial direction of the rotating shaft.
  • the valve element engaged with one end side of the rotating shaft is biased toward the other end side of the rotating shaft by a spring.
  • the backlash of the valve body is suppressed by the force of the spring, and the valve body is pushed away from the valve seat side formed on the body, for example, by the biasing force of the spring.
  • the contact by the vibration etc. to the valve seat of the valve body in the state which adjoined is suppressed. Thereby, it can suppress that the opening part which a fluid passes will become large by friction with a valve body.
  • the rotating shaft includes an internal thread portion provided in an axial center portion of the valve body, and an external thread portion provided to be screwed into the internal thread portion on the valve body side of the rotational shaft. It is preferable that a screw mechanism for moving the valve body in the opening / closing direction of the opening by rotation of the opening is provided, and a diameter of a portion of the rotating shaft excluding the male screw is made smaller than a diameter of the male screw.
  • the diameter of the portion excluding the male screw portion of the rotating shaft is set to the male screw portion.
  • the force acting on the valve body from the rotation shaft can be increased, but the rotation shaft becomes heavy. Thereby, for example, there is a possibility that the response performance in the opening and closing movement of the valve body may be deteriorated due to an increase in inertia of the rotating shaft. Also, more material may be used for the rotating shaft, which may increase costs. On the other hand, by increasing the diameter of only the male screw part and reducing the diameter of other parts, the weight of the entire rotating shaft can be reduced, thereby improving the responsiveness and reducing the cost. it can.
  • At least the other end portion of the rotating shaft of the rotating body is formed hollow, and the shaft support member supports one end of the rotating shaft in the hollow of the rotating body. It is preferable.
  • a rotating body that is a rotor that rotates with respect to the stator by electromagnetic force is formed in a hollow shape.
  • the reduction of the inertia by weight reduction of a rotary body and the cost reduction by the reduction of material can be aimed at.
  • one end portion of the rotating shaft is supported by the shaft support member in the hollow portion of the rotating body, it is not necessary to project the rotating shaft from the one end portion side of the rotating body.
  • the axial length can be shortened by arranging the convex part in the hollow part, improving the space efficiency of the flow control valve. And downsizing can be achieved.
  • the valve body includes a cylindrical body that covers the periphery of the valve body and has a noncircular inner cross section, and the valve body includes a circumferential direction of the body inner peripheral surface and A wall portion extending along the axial direction is provided, and the wall portion has a plurality of convex portions protruding toward the inner peripheral surface of the body and contacting the inner peripheral surface of the body in the axial direction of the body. It is preferable that they are provided along the circumferential direction of the body.
  • the plurality of convex portions that are arranged along the inner peripheral surface of the cylindrical body having a non-circular cross-section and that protrude from the wall portion to the inner surface of the body are shafts of the body. Along the direction, they are spaced apart from each other in the circumferential direction of the body. Since these convex portions are in contact with the inner peripheral surface of the body having a non-circular cross-section, the axial direction of the valve body is changed with respect to the axial direction of the body by the contact between the convex portions of the wall portion and the inner peripheral surface of the body. Tilt is suppressed.
  • valve body rotation of the valve body is restricted by the wall portion and the convex portion by the plurality of convex portions coming into contact with the inner peripheral surface of the body having a non-circular cross section at intervals in the body circumferential direction.
  • the valve body when the valve body is opened and closed by the screw mechanism as described above, the valve body can be moved in the axial direction of the rotating shaft according to the rotation of the operating shaft by restricting the rotation of the valve body side. At this time, the convex portion of the wall portion is guided to the inner peripheral surface of the body, and the inclination of the valve body is suppressed.
  • the present invention while controlling a small flow rate, it is possible to prevent rattling of the valve body that moves in the axial direction and opens and closes the valve by a rotating shaft that rotates integrally with the rotating body of the motor at low cost. Can do. In addition, this can prevent the opening area of the valve from expanding due to wear of the valve seat and the valve body.
  • the flow control valve of this embodiment includes a resin-made motor-side body 1 and a valve-side body 2, and a motor (stepping motor) 11 is provided on the motor-side body 1 side.
  • a fluid (air) valve 21 is provided on the side body 2 side.
  • the motor-side body 1 has a main body 12 formed in a cylindrical shape with a lid and a bottom, and an inner peripheral surface of the motor-side body 1 serves as a motor stator, and two annular coils 3 along the inner peripheral surface of the main body 12 are shafts of the main body 12. It is provided side by side along the direction.
  • the coil 3 is supported by the coil support member 4 while being wound around the coil bobbin 5.
  • a rotating body 6 provided with a cylindrical magnet 7 fixed to the outer periphery is provided inside the annular coil 3.
  • the rotating body 6 is a rotor that rotates with respect to the stator.
  • a motor is constituted by the stator and the rotor, and the rotating body 6 having the magnet 7 is rotated by electromagnetic force.
  • Rotating body 6 is formed in a covered cylindrical shape, and the inside is hollow.
  • a rotating shaft 8 that serves as a rotation axis of the rotor passes through the lid 61 portion of the rotating body 6 and the rotating shaft 8 is fixed.
  • a cylindrical protrusion 62 having a diameter smaller than that of the cylindrical portion of the main body of the rotating body 6 is formed at the portion of the lid 61 of the rotating body 6 through which the rotating shaft 8 passes so as to be coaxial with the main body of the rotating body 6.
  • the rotating body 6 has a lid 61 portion that protrudes in a bowl shape on the outer peripheral side, and positions one end of the cylindrical magnet 7.
  • the outer peripheral surface of the bowl-shaped portion of the lid 61 and the outer peripheral surface of the magnet 7 have substantially the same outer diameter, and are arranged coaxially.
  • Rotating shaft 8 is a round bar-like member, with one end portion extending from the motor-side body 1 into the valve-side body 2 with the tip end of the protruding portion 62 on one end side of the rotating body 6 as a substantially center. Further, the other end portion side of the rotating shaft 8 is disposed inside the rotating body 6. In this embodiment, the other end of the rotating shaft 8 is arranged at substantially the same position (position along the axial direction) as the other end side (side without the lid) of the rotating body 6 opened.
  • a screw is formed on the outer peripheral surface of the one end portion side of the rotating shaft 8 to form a bolt-shaped male screw portion 81.
  • a portion other than the male screw portion 81 is referred to as a shaft portion 82.
  • the rotating shaft 8 has a shape in which the diameter of the male screw portion 81 is larger than the diameter of the shaft portion 82, and the male screw portion 81 is expanded in diameter relative to other portions of the rotating shaft 8.
  • the female thread portion 93 of the valve body 9 is screwed into the male thread portion 81.
  • the rotation shaft 8 has a central portion covered by the protruding portion 62 of the rotating body 6 with a radial bearing and a bearing member 13 of the body 1 that is a sliding bearing via the protruding portion 62. It is supported rotatably.
  • the bearing member 13 is formed integrally with the motor-side body 1, but may be separate from the body 1.
  • the other end portion of the rotating shaft 8 is rotatably supported by the shaft support member 14 in a state of being arranged inside the rotating body as described above.
  • the shaft support member 14 functions as a sliding bearing and also functions as a radial bearing and a thrust bearing. That is, the rotation shaft 8 has its rotation center defined by the shaft support member 14, and movement in the direction from one end portion of the rotation shaft 8 toward the other end portion is restricted along the axial direction of the rotation shaft 8. Has been. The movement in the opposite direction is restricted by the compression coil spring 10 as will be described later.
  • the valve body 9 has an outer peripheral surface of a tip portion that functions as a valve body formed in a truncated cone shape, and can be inserted into a through-hole 22 formed in the lid 23 of the valve-side body 2 with a lid.
  • the valve 21 is closed when the outer peripheral surface of the valve body 9 comes into contact with the inner peripheral surface of the through hole 22, and the through hole portion functions as a valve seat of the valve 21.
  • valve-side body 2 is formed with a through-hole 24 through which a fluid passes through a cylindrical portion (a cylindrical portion having a substantially oval cross section (non-circular cross section)).
  • Air as a fluid whose flow rate is controlled by the flow rate control valve flows between the through hole 22 on the lid 23 side of the valve side body 2 and the through hole 24 of the cylindrical portion of the valve side body 2 body.
  • the through hole 22 on the lid 23 side is the discharge port
  • the through hole 24 of the cylindrical main body of the valve side body 2 is the suction port.
  • the valve body 9 is formed in a cylindrical shape in which the distal end side of the main body is formed in a truncated cone shape as described above, and the portion excluding the distal end portion is an internal threaded portion 93 inside. Is formed.
  • the female threaded portion 93 is a screw hole that is screwed into the male threaded portion 81 of the rotating shaft 8, and the female threaded portion 93 and the male threaded portion 81 are adapted to rotate around the axis of the rotating shaft 8.
  • the screw mechanism which moves 9 along the axial direction of the rotating shaft 8 is comprised. Note that the movement direction is opposite due to the difference in the rotation direction.
  • the rotation shaft 8 rotates in the normal rotation direction
  • the valve element 9 is
  • the rotary shaft 8 moves in the direction away from the body 1 along the axial direction of the rotary shaft 8 and rotates in the counterclockwise counter-rotating direction
  • the valve element 9 moves in the axial direction of the rotary shaft 8. It moves in the direction which approaches body 1 along.
  • valve body 9 is disposed inside the valve side body 2, and the valve side body 2 is formed in a covered cylinder shape.
  • the valve-side body 2 is not formed in a cylindrical shape but is formed in a cylindrical shape having a substantially elliptical cross section.
  • the valve body 9 is provided with a support plate 92 having a shape corresponding to a substantially ellipse in the cross section of the valve body 2 extending to the left and right of the rear portion of the valve body.
  • a substantially arcuate plate-like wall portion 91 is disposed along each inner circumferential surface of the ellipse. Since the wall portion 91 is along a substantially ellipse of the cross section of the body 2, the valve body 9 including the pair of wall portions 91 does not rotate along the inner peripheral surface of the body 2, and the valve body 9 rotates. Suppressed.
  • the length of the substantially arcuate plate-like wall portion 91 along the axial direction of the female threaded portion 93 is 1 ⁇ 2 or more of the length along the axial direction of the female threaded portion 93 of the valve body 9 and is 2/3. It is as follows.
  • the wall portion 91 is long along the axial direction, and has a central portion in the general arc direction (circular direction of the ellipse) on the outer surface side, one side edge side, and the other side edge side.
  • Long rib-shaped convex portions 95, 96, and 97 extending back and forth along the axial direction of the valve body 9 are formed.
  • the extending direction of the projections 95, 96, and 97 is parallel to the axial direction of the female thread portion 93 and the axial direction of the valve body 9, and these directions are parallel to the moving direction of the valve body 9. This direction is the opening and closing direction of the valve body 9 in the fluid control valve.
  • Convex portions 95, 96, 97 formed on the wall 91 of the valve body 9 abut on the inner peripheral surface of the valve body 2 to guide the valve body 9 along the moving direction of the valve body 9,
  • the rotation of the valve body 9 is restricted. That is, by providing the convex portions 95, 96, and 97 that come into contact with the inner peripheral surface of the valve side body 2, the valve body 9 can be reliably moved in the axial direction while reducing the sliding resistance between the valve body 9 and the valve side body 2. While supporting the movement, the valve body 9 is prevented from rotating following the rotating shaft 8.
  • the valve body 9 is engaged with the inner peripheral surface of the valve-side body by the wall portion 91 and the convex portions 95, 96, and 97, and the rotation is restricted. In the opening and closing direction).
  • the wall portion 91 and the convex portions 95, 96, 97 prevent the axial direction of the valve body 9 from being inclined with respect to the axial direction of the valve-side body 2. That is, since the wall portion 91 extends in the axial direction of the valve body 9, the valve body 9 is prevented from being inclined. As a result, the valve body 9 is tilted and is prevented from coming into contact with the inner peripheral surface of the valve seat, which is the through-hole 22 in a state in which the tip of the valve body 9 is inserted.
  • the compression coil spring 10 is disposed as a spring between the support plate 92 of the valve body 9 and the outer portion of the through hole 22 that becomes the valve seat at the inner portion of the lid 23 of the valve body 2.
  • the compression coil spring 10 presses the valve body 9 toward the shaft support member 14 at the bottom of the motor-side body 1 on the open side in the opening / closing direction.
  • the compression coil spring 10 prevents rattling of the valve body 9, the rotating shaft 8, and the rotating body 6.
  • the compression coil spring 10 presses the valve body 9 toward the motor-side body 1, thereby causing the rotating shaft 8, in which the male threaded portion 81 is screwed to the female threaded portion 93 of the valve body 9, to the other end side. It is pressed against the provided shaft support member 14.
  • the shaft support member 14 also receives a load along the axial direction, and the other end portion of the rotary shaft 8 is rotatably supported by the shaft support member 14, so that the shaft support member 14 can stably rotate. .
  • the single compression coil spring 10 described above causes the valve body 9, the rotating shaft 8 screwed to the valve body 9, the rotating body 6 rotating integrally with the rotating shaft 8, and The play with the magnet 7 can be prevented.
  • operativity can be aimed at.
  • the workability is reliably improved by using only one spring that is troublesome to mount.
  • the inner peripheral surface of the through hole 22 of the lid 23 of the adjacent valve body 2 and the outer peripheral surface of the distal end portion of the valve body 9 are close to each other. Even in the state, the compression coil spring 10 urges the outer peripheral surface of the valve body 9 away from the inner peripheral surface of the through hole 22, so that the inner peripheral surface of the through hole 22 and the outer peripheral surface of the valve body 9 Contact is suppressed.
  • the wall portion 91 of the valve body 9 is formed over a length longer than 1 ⁇ 2 of the axial length of the valve body 9, and the convex portions 95, 96, 97 on the outer surface side of the wall portion 91 are formed on the valve side body 2.
  • the axial direction of the valve body 9 and the movement in the circumferential direction are restricted, so that the axial direction of the valve body 9 and the axial direction of the valve-side body 2 are deviated from each other. Can be suppressed. Also with this configuration, contact between the inner peripheral surface of the through hole 22 and the outer peripheral surface of the valve body 9 is suppressed.
  • the shaft support member 14 that receives the radial force and the thrust force receives one end of the rotating shaft 8 in the opening on the bottom side of the covered cylindrical rotating body 6, that is, in the hollow portion of the rotating body 6. Therefore, the length of the rotor including the rotating body 6 can be shortened. Thereby, size reduction of a fluid control valve can be achieved. In this case, it can also be said that the rotation shaft 8 is shortened, and the reduction of the material constituting the rotation shaft 8 and the reduction of the members constituting the rotation body 6 by making the rotation body 6 hollow. Can do. Thereby, the mass of the rotating part is reduced, the inertial force acting on the rotating body 6 and the like can be reduced, and the response performance can be enhanced.
  • the diameter of the male screw portion 81 that transmits the rotational motion to the valve body 9 is larger than the diameter of the shaft portion 82, so that the diameter of the male screw portion 81 is the same as the diameter of the shaft portion 82.
  • the valve body 9 can be opened and closed with a stronger force.
  • the rotating shaft 8 can be reduced in weight while maintaining the transmission capability of the rotary motion by the male screw portion 81. As a result, it is possible to speed up the response performance based on the cost reduction due to the reduction of the material used for the rotating shaft 8 and the reduction of the inertia due to the mass reduction of the rotating shaft 8.

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Abstract

　流量制御弁のガタつき防止の構造を簡略し、少ない制御流量を維持でき、さらに小型化を図ることができる流量制御弁を提供する。　この流量制御弁は、回動シャフト８の周囲に設けられ、回動シャフト８と一体に電磁力により回転する回転体６を備える。回動シャフト８の一端部側の雌ねじ部９３に螺合し、回動シャフト８の回転に基いて回動シャフト８の軸方向に沿って移動することにより、流体が通過する開口部を開閉する弁体９を備える。回動シャフト８の他端部側に設けられ、回動シャフト８を回転自在に支持するとともに、回動シャフト８の他端部側に向う移動を規制する軸支持部材１４を備える。弁体９を回動シャフト８の軸方向に沿って回動シャフト８の他端部側に付勢する圧縮コイルばね１０を備える。

Description

流量制御弁
　本発明は、モータとこのモータの回転により作動して流体の流量を制御する弁とを備える流量制御弁に関する。
　従来、自動車や自動二輪車等の車両において、例えば、電子制御装置により燃料噴射と点火をコントロールするインジェクションを備えるエンジンの場合に、スロットルバルブの横に、電子制御されるもう一つのスロットルであるＩＳＣＶ（アイドル・スピード・コントロール・バルブ）が設けられ、エアコンが作動したときのアイドルアップの制御を行ったり、アイドリングを安定させるような制御を行ったりしている。すなわち、ＩＳＣＶは、例えば、自動車がスロットルを絞ってアイドリング状態になっている際に、エンジンへの吸気量を制御して、エンジンをアイドリング時の目標回転数になるように制御している。
　ＩＳＣＶは、例えば、弁を動作させるアクチュエータとしてのステッピングモータと、このステッピングモータの回転するシャフトと、このシャフトとの間にねじ機構を有し、シャフトの軸方向に移動する弁体とを備えている。シャフトの先端部側は、雄ねじとされており、この雄ねじの部分に弁体に固定されたナット部が螺合しており、シャフトの正転および反転に基いて、弁体がシャフトの軸方向に移動することによって、アイドリング時のエンジンへの吸気の流量が制御される。
　このようなＩＳＣＶでは、制御流量が小さく、通常待機位置（車両のアイドル状態）では、より小さい流量が要求されるため、弁（ＩＳＣＶ）の開口面積を小さくする必要がある。
　また、ＩＳＣＶでは、上述のように制御流量が小さいので、少しのガタつきがあっても流量に与える影響が大きなものになってしまう。そのため、ガタつきを抑えるような構造（部材）が必要とされる。
　また、ＩＳＣＶは、例えば、自動車や自動二輪車等の車両に設置されることから、固定された装置に設置される部品に比べ、熱・振動等の環境条件が厳しく、耐久性を必要とする。したがって、ＩＳＣＶにおいて、シャフトや回転体を回転自在に支持する軸受も耐久性を有するものを用いる必要がある。
　ここで、上述のように、自動車の振動とガタつきによる制御流量への影響を考慮した場合に、例えば、弁体やモータの回転体をバネ等によりそれぞれ押し付けることによってガタつきを防止することが考えられる。また、上述のように制御流量が小さいことから、基本的に弁座に対して弁体を近づけた状態で弁体の移動を制御する必要がある。例えば、円錐形の弁体を用いた流量制御弁の場合に、流量制御弁のボデーの弁座部分に向けて弁体を伸ばした状態を維持して、弁の開口面積を小さくし、これにより制御流量を小さくする必要がある。
　また、モータにおける一般的な軸受の構造としては、回転体側に凸部、例えば、回転体から突出するシャフトの端部等を設け、この凸部をボデー（本体）側に設けた凹状の軸受部材で回転自在に支持するのが一般的である。
　流量制御弁としては、例えば、シャフトにマグネットを固定し、シャフトの後端側と前部とに環状のドライベアリング（滑り軸受）が配置されているものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この流量制御弁では、シャフトは、ドライベアリングの孔に挿入された状態であり、これらドライベアリングは、シャフトの軸方向移動を規制していない。
　また、流量制御弁として、マグネットが固定された樹脂製の回転体がボールベアリングにより支持される構造であり、環状のボールベアリングの内側に回転体が配置され、ボールベアリングの内輪に回転体が固定され、ボールベアリングの外輪に対して回転体が内輪と一体に回転する内燃機関用モータ式流量制御弁が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この流量制御弁では、シャフトの外周に雄ねじが形成され、回転体に設けられた雌ねじに螺合しており、回転体の回転に対応してシャフトが弁体と一体に軸方向に移動するようになっている。
特開２００８－１９９５７号公報 特許第３５９８２１９号公報
　ところで、上述のような流量制御弁にガタつき防止のためにバネ等の部材を使う場合に、弁体のガタつき防止と、回転体（ロータ）のガタつき防止のために、バネ等の部材を２個使用しなければならない。また、バネで回転する回転体のガタつきを防止する場合に構造が複雑になる虞がある。これらのことからガタつき防止のためのコストが高くなったり、組み付け作業が煩雑になったりする虞がある。
　また、上述のように、ＩＳＣＶの場合に、小さな流量を制御するので、開口面積を小さくするため、ボデーの弁座部分に対して弁体側を伸ばして近づけた状態で主な制御が行われる。この際に自動車の振動により上述のようなガタつきがあると、伸ばされた弁体側が弁座側に接触する。この場合に、弁座と弁体の接触による摩耗が発生し、開口面積が大きくなり、制御流量が大きくなってしまう虞がある。
　また、上述のように回転体の軸受構造として、回転体に凸部（突出する軸）を設け、ボデー側に凹状の軸受を設けると、凸部分だけ流量制御弁が長くなり、スペース効率が悪くなる。なお、特許文献１、２に記載される流量制御弁では、これらの問題に対処できない。
　本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、流量制御弁のガタつき防止の構造を簡略し、少ない制御流量を維持でき、さらに小型化を図ることができる流量制御弁を提供することを目的とする。
　前記目的を達成するために、本発明の流量制御弁は、回転自在な回動シャフトと、
　前記回動シャフトの周囲に設けられ、前記回動シャフトと一体に電磁力により回転する回転体と、
　前記回動シャフトの一端部側に係合して設けられ、当該回動シャフトの回転に基いて当該回動シャフトの軸方向に沿って移動することにより、流体が通過する開口部を開閉する弁体と、
　前記回動シャフトの他端部側に設けられ、前記回動シャフトを回転自在に支持するとともに、前記回動シャフトの他端部側に向う移動を規制する軸支持部材と、
　前記回転シャフトの一端部と他端部との間に設けられ、前記回転体を介して回動シャフトを回転自在に支持する軸受部材と、
　前記弁体を前記回動シャフトの軸方向に沿って当該回動シャフトの他端部側に付勢するばねとを備えることを特徴とする。
　本発明においては、回動シャフトの一端側に係合している弁体が、ばねにより、回動シャフトの他端側に付勢されている。これにより、弁体が係合する回動シャフトを、その他端部側に押圧した状態になる。すなわち、回動シャフトに軸方向に沿って他端部側に向うばねの付勢力が弁体を介して作用し、この回動シャフトの他端部が軸支持部材に押し付けられる。
　これにより、弁体側と回動シャフト（回転体）側との二箇所にばねを設けた場合と同様に、１つのばねで弁体のガタつきを抑制するだけではなく、モータ側の回動シャフトおよび回転体のガタつきも抑制できる。これにより、部品点数が減少するとともに、組み付けに手間がかかるばねを１つにできることから、コストの低減と、流体制御弁の組み立て時の作業性の向上を図ることができる。
　また、ばねの力により弁体のガタつきが抑制されるとともに、弁体がばねの付勢力により、例えばボデーに形成される弁座側から離れる方向に押されているので、弁座と弁体が近接した状態での弁体の弁座への振動等による接触が抑制される。これにより、弁体との摩擦により流体が通過する開口部が大きくなってしまうのを抑制できる。
　本発明の上記構成において、前記弁体の軸心部に設けられる雌ねじ部と、前記回動シャフトの前記弁体側に前記雌ねじ部に螺合するように設けられる雄ねじ部とから、前記回動シャフトの回転により前記弁体を前記開口部の開閉方向に移動するねじ機構が設けられ、前記回動シャフトの雄ねじ部を除く部分の径が、前記雄ねじ部の径より細くされていることが好ましい。
　このような構成によれば、回動シャフトが回転した場合に、ねじ機構により弁体を移動させることによって開口部の開閉を行う構成において、回動シャフトの雄ねじ部を除く部分の径を雄ねじ部の径より小さくすることによって、弁体の開閉駆動に必要な力を確保しつつ、回動シャフトの軽量化を図ることができる。
　雄ねじ部を含む回動シャフト全体の径を大きくすることによって、回動シャフトから弁体に作用する力を高めることができるが、回動シャフトが重くなる。これにより、例えば、回動シャフトの慣性が大きくなることによって、弁体の開閉移動における応答性能が悪化する虞がある。また、回動シャフトために使用される材料が多くなりコストが高くなる可能性がある。
　それに対して、雄ねじ部だけ径を大きくし、他の部分の径を小さくすることにより、回動シャフト全体の重量の低減を図ることによって、上述の応答性の向上およびコストの低減を図ることができる。
　また、本発明の上記構成において、前記回転体の少なくも前記回動シャフトの他端部側が中空に形成され、前記回転体の中空内で前記軸支持部材が前記回動シャフトの一端部を支持していることが好ましい。
　このような構成によれば、例えば、磁石や電磁石等を備えることによって、ステータに対して電磁力により回転するロータである回転体が中空に形成されている。これにより、回転体の軽量化による慣性の低減と材料の削減によるコストダウンを図ることができる。
　また、回転体の中空部分で回動シャフトの一端部が軸支持部材により支持された構造になるので、回動シャフトを回転体の一端部側から突出させる必要がなく、軸等の凸部を凹状の軸受等の支持部材で支持する形状になっていても、凸部を中空部内に配置することによって、軸方向の長さを短くすることが可能になり、流量制御弁のスペース効率の向上と小型化を図ることができる。
　また、本発明の上記構成において、前記弁体の周囲を覆い、かつ、内周面の断面が非円形の筒状のボデーを備え、前記弁体には、前記ボデー内周面の周方向および軸方向に沿って延在する壁部が設けられ、前記壁部には、前記ボデー内周面に向かって突出して、前記ボデー内周面に当接する複数の凸部が前記ボデーの軸方向に沿うとともに互いに前記ボデーの周方向に間隔をあけて設けられていることが好ましい。
　このような構成によれば、壁部が断面非円形の筒状のボデーの内周面に沿って配置され、かつ、壁部からボデー内面に突出して当接する複数の凸部が、ボデーの軸方向に沿って、ボデーの周方向に互いに間隔をあけて設けられている。これらの凸部が断面非円形のボデーの内周面に当接しているため、この壁部の凸部とボデーの内周面の接触により、ボデーの軸方向に対して弁体の軸方向が傾くのが抑制される。さらに、ボデー周方向に間隔をあけて複数凸部が断面非円形のボデー内周面に当接することによって、壁部とその凸部とで弁体の回転が規制される。例えば、上述のようにねじ機構で弁体が開閉移動する場合に、弁体側の回転を規制することにより、稼働シャフトの回転にしたがって弁体を回動シャフトの軸方向に移動させることができる。この際に、壁部の凸部がボデー内周面に案内されるとともに、弁体の傾きを抑制する。この場合に、上述のように弁体のガタつきが抑制されることと合わせて、弁体と弁座が近接した状態で、弁体が傾くことが抑制されることにより、弁座側に弁体が触るのを抑制することができる。これにより、弁座、弁体の摩耗による開口部面積の拡大を防止できる。
　また、壁部のうちの凸部だけをボデー内周面に接触させるようにすることで、ボデー内周面と壁部との褶動抵抗を低減し、弁体を円滑に軸方向に沿って移動することができる。
　本発明によれば、少ない流量の制御を行うとともに、モータの回転体と一体に回転する回動シャフトにより軸方向に移動して弁の開閉を行う弁体のガタつきを低コストで防止することができる。また、これにより弁座と弁体の摩耗による弁の開口部面積の拡大を防止することができる。
本発明の実施形態の流量制御弁を示す断面図である。 前記流量制御弁の弁体を示す斜視図である。
　以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
　図１に示すように、この実施形態の流量制御弁は、樹脂製のモータ側ボデー１と、弁側ボデー２とを備え、モータ側ボデー１側にモータ（ステッピングモータ）１１が設けられ、弁側ボデー２側に流体用（空気用）の弁２１が設けられている。
　前記モータ側ボデー１は、本体１２が有蓋有底の円筒状に形成され、その内周面側にモータのステータとして、本体１２の内周面に沿う環状の二つのコイル３が本体１２の軸方向に沿って前後に並んで設けられている。コイル３はコイルボビン５に巻かれた状態で、コイル支持部材４に支持されている。
　円環状のコイル３の内側には、円筒状のマグネット７を外周に固定した状態に備えている回転体６が設けられている。この回転体６がステータに対して回転するロータになっており、ステータとロータからモータが構成され、マグネット７を有する回転体６が電磁力により回転することになる。
　また、回転体６は、有蓋円筒状に形成され、内部が中空とされている。また、回転体６の蓋６１部分には、ロータの回転軸になる回動シャフト８が貫通するとともに、回動シャフト８が固定されている。また、回転体６の蓋６１の回動シャフト８が貫通する部分には、回転体６本体の円筒部分より径の小さい円筒状の突出部６２が回転体６の本体と同軸になるように形成されている。また、回転体６は、蓋６１部分が外周側に鍔状に突出し、円筒状のマグネット７の一端部側を位置決めするようになっている。なお、蓋６１の鍔状部分の外周面と、マグネット７の外周面は、略同じ外径とされるとともに、同軸上に配置されるようになっている。
　回動シャフト８は丸棒状の部材であり、回転体６の一端側の突出部６２の先端部を略中央として、一端部側がモータ側ボデー１より弁側ボデー２内に延出している。また、回動シャフト８の他端部側は、回転体６の内側に配置されている。この実施形態では、回転体６の開放された他端側（蓋の無い側）と略同じ位置（軸方向に沿った位置）に、回動シャフト８の他端が配置されている。
　また、回動シャフト８の一端部側は、その外周面にねじが形成され、ボルト状の雄ねじ部８１とされている。なお、ここでは、雄ねじ部８１以外の部分をシャフト部８２とする。
　回動シャフト８は、雄ねじ部８１の径が、シャフト部８２の径より大きくなっており、雄ねじ部８１が回動シャフト８の他の部分に対して拡径された形状になっている。この雄ねじ部８１には、後述のように弁体９の雌ねじ部９３が螺合するようになっている。
　また、回動シャフト８は、その中央部の回転体６の突出部６２に覆われた部分が、ラジアル軸受で、かつ、滑り軸受であるボデー１の軸受部材１３に、突出部６２を介して回転自在に支持されている。なお、図１において、軸受部材１３は、モータ側ボデー１と一体に形成されているが、ボデー１と別体になっていてもよい。
　また、回動シャフト８の他端部は、上述のように回転体の内側に配置されている状態で、軸支持部材１４により回転自在に支持されている。軸支持部材１４は、滑り軸受として機能するとともにラジアル軸受およびスラスト軸受として機能している。すなわち、回動シャフト８が軸支持部材１４により回転中心を規定されているとともに、回動シャフト８の軸方向に沿って、回動シャフト８の一端部から他端部に向う方向の移動が規制されている。なお、その反対方向への移動は、後述のように圧縮コイルばね１０により規制されている。
　弁体９は、弁本体として機能する先端部の外周面が円錐台状に形成され、有蓋筒状の弁側ボデー２の蓋２３に形成された貫通孔２２に挿入可能にされている。なお、貫通孔２２の内周面に弁体９の外周面が当接することによって弁２１が閉状態になり、前記貫通孔部分が弁２１の弁座として機能する。この弁座としての貫通孔２２の内周面と、弁体９の先端部分の外周面とが近接して配置されることによって、流体を少ない流量で制御するようになっている。
　また、弁側ボデー２には、その筒状部分（断面略楕円（断面非円形）の筒状部分）に流体が通る貫通孔２４が形成されている。流量制御弁で流量が制御される流体としての空気は、弁側ボデー２の蓋２３側の貫通孔２２と、弁側ボデー２本体の筒状部分の貫通孔２４との間を流れるようになっている。例えば、蓋２３側の貫通孔２２が吐出口とされ、弁側ボデー２の筒状の本体の貫通孔２４が吸入口とされている。
　弁体９は、図１および図２に示すように、その本体の先端部側が上述のように円錐台状に形成されるとともに、先端部を除く部分が内側が雌ねじ部９３とされた円筒状に形成されている。雌ねじ部９３は、回動シャフト８の雄ねじ部８１に螺合するねじ孔であり、これら雌ねじ部９３と雄ねじ部８１とが、回動シャフト８が軸周りに回転するのに合わせて、弁体９を回動シャフト８の軸方向に沿って移動させるねじ機構を構成している。なお、移動方向は、回転方向の違いによって反対になるようになっており、例えば、時計回りを正回転とした場合に正回転方向に回動シャフト８が回ることによって、例えば、弁体９が、回動シャフト８の軸方向に沿ってボデー１から離れる方向に移動し、回動シャフト８が反時計回りの逆回転方向に回転した場合に、弁体９が回動シャフト８の軸方向に沿ってボデー１に近くづく方向に移動するようになっている。
　また、弁体９は、弁側ボデー２の内部に配置されている、弁側ボデー２は、有蓋筒状に形成されている。この弁側ボデー２は、円筒状ではなく、断面略楕円状の筒状に形成されている。
　弁体９は、弁側ボデー２の断面の略楕円に対応した形状の支持板９２が弁体の後部の左右に延出して設けられ、この支持板９２の左右の概略円弧状の端部にそれぞれ前記楕円の内周面に沿って配置される概略円弧板状の壁部９１が配置されている。壁部９１は、ボデー２の断面の略楕円に沿っているので、一対の壁部９１を備える弁体９がボデー２の内周面に沿って回転することがなく、弁体９の回転を抑制している。なお、後述のように壁部の外面は、ボデー２の内周面に直接当接しておらず、後述のように壁部の凸部９５，９６，９７がボデー２の内周面に当接している。また、概略円弧板状の壁部９１の上述の雌ねじ部９３の軸方向に沿った長さは、弁体９の雌ねじ部９３の軸方向に沿った長さの１／２以上で２／３以下とされている。
　壁部９１は、上述のことから軸方向に沿って長いものになっており、その外面側の概略円弧方向（楕円の周方向）の中央部と、一方の側縁側と、他方の側縁側に弁体９の軸方向に沿って前後に延材する長いリブ状の凸部９５，９６，９７が形成されている。
　この凸部９５，９６，９７の延材方向は、雌ねじ部９３の軸方向、弁体９の軸方向と平行になっており、これらの方向が弁体９の移動方向に対して平行であり、この方向が流体制御弁における弁体９の開閉方向になる。
　弁側ボデー２の内周面には、弁体９の壁部９１に形成された凸部９５，９６，９７が当接し、弁体９の移動方向に沿って弁体９を案内するとともに、弁体９の回転を規制している。つまり、弁側ボデー２の内周面と当接する凸部９５，９６，９７を設けることにより、弁体９と弁側ボデー２との摺動抵抗を減らしつつ確実に軸方向へ弁体９が移動するのを支持すると共に、回転シャフト８に追従して弁体９が回転するのを防いでいる。
　これらのことから、壁部９１およびそれらの凸部９５，９６，９７により弁体９が弁側ボデーの内周面に係合して回転が規制されるとともに、弁体９の移動方向（弁の開閉方向）に案内されることになる。この際に、壁部９１およびそれらの凸部９５，９６，９７により、弁体９の軸方向が弁側ボデー２の軸方向と斜めになるのを防止するようになっている。
　すなわち、壁部９１が弁体９の軸方向に長く延在するので弁体９が傾くのが防止される。これにより、弁体９が傾いて、弁体９の先端部が挿入された状態の貫通孔２２である弁座の内周面に接触するのが防止されるようになっている。これにより貫通孔２２の内周面と、弁体９の外周面との間の間隔が弁体９の外周面と貫通孔２２の内周面との接触による摩耗によって広くなって小さな流量の制御が困難になるのを防止することができる。
　また、弁体９の支持板９２と、弁側ボデー２の蓋２３の内側部分で弁座になる貫通孔２２の外側部分との間にばねとして圧縮コイルばね１０が配置されている。この圧縮コイルばね１０は、弁体９をその開閉方向の開側で、モータ側ボデー１の底部の軸支持部材１４側に押圧している。この圧縮コイルばね１０により、弁体９と、回動シャフト８と回転体６のガタつきが防止されている。
　この圧縮コイルばね１０は、弁体９をモータ側ボデー１に向けて押圧することによって、弁体９の雌ねじ部９３に雄ねじ部８１が螺合している回動シャフト８をその他端部側に設けられた軸支持部材１４に押し付けている。軸支持部材１４は、軸方向に沿った荷重も受けることになり、軸支持部材１４に回動シャフト８の他端部が回転自在に支持されることにより、安定的に回転可能な状態になる。
　このような流体制御弁においては、上述の１つの圧縮コイルばね１０により、弁体９と、弁体９に螺合する回動シャフト８と、回動シャフト８と一体に回転する回転体６およびそのマグネット７とのガタつきを防止することができる。これにより、部品点数の低減によるコストダウンと、作業性の向上を図ることができる。特に、取り付けに手間のかかるばねを１つだけとすることによって、作業性が確実に向上する。
　また、圧縮コイルばね１０による弁体９のガタつきの防止に加えて、近接する弁側ボデー２の蓋２３の貫通孔２２の内周面と、弁体９の先端部の外周面とが近接した状態でも、圧縮コイルばね１０により、貫通孔２２の内周面から弁体９の外周面が離れる方向に付勢されているので、貫通孔２２の内周面と、弁体９の外周面の接触が抑制される。
　また、弁体９の壁部９１が弁体９の軸方向長さの１／２より長い長さにわたって形成され、この壁部９１の外面側の凸部９５，９６，９７が弁側ボデー２の略楕円状の内周面に当接し、弁体９の軸方向の傾きおよび周方向の移動を規制しているので、弁体９の軸方向と、弁側ボデー２の軸方向がずれるのを抑制することができる。この構成によっても、貫通孔２２の内周面と、弁体９の外周面の接触が抑制される。
　これらのことから、弁座としての弁側ボデー２の貫通孔２２の内周面と、弁体９の先端部側の外周面との接触が抑制されることにより、これら貫通孔２２の内周面および弁体９の外周面の摩耗を防止することができ、摩耗により弁の開口部面積が多くなってしまうのを抑制できる。
　ラジアル方向の力とスラスト方向の力を受ける軸支持部材１４は、有蓋円筒状の回転体６の底部側の開口内、すなわち回転体６の中空部内にある回動シャフト８の一端部を受けることから、回転体６を含むロータの長さを短くすることができる。これにより、流体制御弁の小型化を図ることができる。
　この場合、回動シャフト８を短くしているとも言うことができ、回動シャフト８を構成する材料の削減、回転体６を中空とすることによる回転体６を構成する部材の削減を図ることができる。これにより、回転する部分の質量が低減され、回転体６等に作用する慣性力を低減し、応答性能を高めることができる。
　また、回動シャフト８は、弁体９に回転運動を伝達する雄ねじ部８１の径がシャフト部８２の径より大きくなっていることにより、雄ねじ部８１の径をシャフト部８２の径と同じにした場合に比較して、より強い力で弁体９を開閉動作させることが可能になる。この際に雄ねじ部８１よりシャフト部８２の方が径が小さいので、雄ねじ部８１による回転運動の伝達能力を維持した状態で、回動シャフト８の軽量化を図ることができる。これにより、回動シャフト８に使われる材料の低減によるコストダウンと、回動シャフト８の質量低下による慣性の低減に基づいて、応答性能の迅速化を図ることができる。
１　　　モータ側ボデー
２　　　弁側ボデー
６　　　回転体
８　　　回動シャフト
８１　　雄ねじ部
８２　　シャフト部
９　　　弁体
１０　　圧縮コイルばね（ばね）
１３　　軸受部材
１４　　軸支持部材
９１　　壁部
９５，９６，９７　　凸部

Claims (4)

  1. 　回転自在な回動シャフトと、
    　前記回動シャフトの周囲に設けられ、前記回動シャフトと一体に電磁力により回転する回転体と、
    　前記回動シャフトの一端部側に係合して設けられ、当該回動シャフトの回転に基いて当該回動シャフトの軸方向に沿って移動することにより、流体が通過する開口部を開閉する弁体と、
    　前記回動シャフトの他端部側に設けられ、前記回動シャフトを回転自在に支持する軸支持部材と、
    　前記回転シャフトの一端部と他端部との間に設けられ、前記回転体を介して回動シャフトを回転自在に支持する軸受部材と、
    　前記弁体を前記回動シャフトの軸方向に沿って当該回動シャフトの他端部側に付勢するばねとを備えることを特徴とする流体制御弁。
  2. 　前記弁体の軸心部に設けられる雌ねじ部と、前記回動シャフトの前記弁体側に前記雌ねじ部に螺合するように設けられる雄ねじ部とから、前記回動シャフトの回転により前記弁体を前記開口部の開閉方向に移動するねじ機構が設けられ、
    　前記回動シャフトの雄ねじ部を除く部分の径が、前記雄ねじ部の径より細くされていることを特徴とする請求項１に記載の流体制御弁。
  3. 　前記回転体の少なくとも前記回動シャフトの他端部側が中空に形成され、前記回転体の中空内で前記軸支持部材が前記回動シャフトの他端部を支持していることを特徴する請求項１に記載の流体制御弁。
  4. 　前記弁体の周囲を覆い、かつ、内周面の断面が非円形の筒状のボデーを備え、
    　前記弁体には、前記ボデー内面の周方向および軸方向に沿って延在する壁部が設けられ、
    　前記壁部には、前記ボデー内周面に向かって突出して、前記ボデー内周面に当接する複数の凸部が前記ボデーの軸方向に沿うとともに互いに前記ボデーの周方向に間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の流量制御弁。
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